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交流系统故障时MMC-HVDC系统的控制和保护策略研究

作　者: 曹春刚
导　师: 赵成勇
学　校: 华北电力大学
专　业: 电气工程
关键词: 模块化多电平换流器 桥臂电抗 控制策略 负序电流 有功功率波动
分类号: TM721.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)是应用于电压源换流器型直流输电(voltage source converter-high voltage DC, VSC-HVDC)的新型换流器拓扑结构。它采用模块化设计,以多电平控制技术为其调制技术,与传统的电压源换流器型直流输电相比,存在诸多的优点。论文在对MMC-HVDC的拓扑结构、工作原理及调制策略进行分析的基础上,对MMC-HVDC系统的稳态控制策略和暂态控制策略进行了研究。首先对MMC-HVDC的拓扑结构和工作原理进行分析,提出MMC-HVDC在拓扑结构方面与传统的两电平VSC存在的不同点；并针对适用于多电平逆变器的调制策略进行比较,提出载波移相PWM为论文中MMC-HVDC适用的调制策略。其次把MMC与传统两电平VSC进行比较,MMC存在桥臂电抗,在考虑桥臂电抗的基础上,推导出了MMC-HVDC系统稳态时的数学模型,在其数学模型的基础上,以MMC1侧定直流电压、定无功功率,MMC2侧定有功功率、定无功功率为控制目标,设计相应的电流解耦控制器,并在PSCAD/EMTDC环境下搭建21电平的MMC-HVDC系统,仿真验证数学模型的正确性和控制策略的有效性。最后建立交流系统发生不对称故障时,MMC-HVDC的正序系统、负序系统数学模型。针对交流系统故障时,MMC-HVDC系统产生负序电流和系统传输的有功功率产生波动的特点,分别设计以抑制负序电流和以消除有功功率波动为控制目标的电流控制器；针对定直流电压侧交流系统故障时,有功传输不平衡,从而导致直流电压无法控制的问题,设计定直流电压侧的控制转换模式。在PSCAD/EMTDC环境下对上述设计的MMC-HVDC暂态控制器进行仿真,仿真结果验证控制策略的有效性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 MMC-HVDC技术分析  10-12
    1.2.1 MMC-HVDC技术简介  10-11
    1.2.2 MMC-HVDC技术优势  11-12
  1.3 MMC-HVDC研究现状  12-14
    1.3.1 国内外MMC-HVDC工程现状  12-13
    1.3.2 国内外MMC-HVDC理论研究  13-14
  1.4 本文工作及内容安排  14-16
第2章 MMC-HVDC系统运行机理及调制策略研究  16-24
  2.1 引言  16
  2.2 MMC拓扑结构分析  16-18
  2.3 MMC工作原理分析  18-19
  2.4 适于MMC的调制方式  19-23
    2.4.1 多电平逆变器的调制策略及其比较  19-22
    2.4.2 载波移相PWM调制  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章 交流系统电压平衡时MMC-HVDC系统的控制策略  24-37
  3.1 引言  24-25
  3.2 柔性直流输电控制的基本原理  25-26
  3.3 MMC-HVDC系统的数学建模  26-29
  3.4 MMC-HVDC系统的控制策略  29-31
    3.4.1 内环电流控制器设计  29-30
    3.4.2 外环功率控制器设计  30
    3.4.3 两端换流站控制器设计  30-31
  3.5 系统仿真与分析  31-36
  3.6 本章小结  36-37
第4章 交流系统故障时MMC-HVDC系统的控制策略  37-51
  4.1 引言  37
  4.2 交流系统发生不对称故障时MMC-HVDC系统的数学模型  37-39
  4.3 抑制交流系统负序电流的MMC-HVDC系统的控制器设计  39-42
    4.3.1 控制器设计  39-40
    4.3.2 仿真结果与分析  40-42
  4.4 抑制有功功率波动的MMC-HVDC系统的控制器设计  42-46
    4.4.1 控制器设计  43-44
    4.4.2 仿真结果与分析  44-46
  4.5 定直流电压侧故障时的直流电压控制策略  46-50
    4.5.1 定直流电压端与定有功功率端的控制转换  47-48
    4.5.2 仿真结果与分析  48-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章 结论与展望  51-53
  5.1 结论  51-52
  5.2 展望  52-53
参考文献  53-56
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果  56-57
攻读硕士学位期间参加的科研工作  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 输配电技术 > 输电制度 > 直流制输电
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